Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Технология и оборудование сварки плавлением





Семестр

Технология и оборудование сварки плавлением

 

Разделы дисциплины - 1 Семестр

1. Введение. Понятие о сварочной дуге.
2. Общие сведения о типах сварных швов и соединении. 3.Теоретические основы сварки
4. Сварочные материалы.
5. Общие сведения об источниках питания . Оборудование для сварки плавлением.
6. Технология ручной сварки покрытыми электродами.
7. Дуговая сварка под флюсом.
8. Технология газовой сварки.
Курсовое проектирование
Подготовка к экзамену, экзамен

Введение

Сварочная дуга и сущность протекающих в ней процессов

Состояние вещества характеризуется взаимосвязью молекул и атомов. Различие свойств твёрдого, жидкого и газообразного состояния определяются различием средних расстояний между молекулами.

В твёрдом и жидком они очень малы (малая сжимаемость этих веществ), это состояние называется «конденсированным». В газах это расстояние велико, поэтому они могут легко сжиматься под действием внешнего давления. Этим же и объясняется различие в электропроводности конденсированного состояния (металлов) и газов.

В конденсированных веществах крайние электроны легко теряют связь с ядрами своих атомов и свободно перемещаются по веществу. Такие свободные электроны, называемые электронами проводимости, и являются носителями тока в проводнике.

В газах электроны притягиваются только к своим ядрам, поэтому при обычных условиях газы ток не проводят.



В электрической дуге (плазме) газ ионизирован, благодаря чему он, сохраняя способность сжиматься, приобретает электропроводность вещества, находящегося в конденсированном состоянии. Это и есть четвёртое агрегатное состояние вещества – плазма. В целом же плазма электрически нейтральна, так как сумма зарядов в любой части объёма равна нулю.

Сварочной дугой называют длительный разряд электрического тока в газовой среде между находящимися под напряжением твёрдыми или жидкими проводниками (электродами), который является концентрированным источником теплоты, используемым для плавления металла при сварке.

Электрические заряды в дуге переносятся электрически заряженными частицами – электронами, а также положительно и отрицательно заряженными ионами.

Электроном называется материальная частица, обладающая отрицательным зарядом электричества. Масса электрона составляет –

m = 9,1.10-28 г.

Положительным ионом называется атом или молекула потерявшая один или несколько электронов.

Отрицательным ионом называют частицу, присоединившую к себе избыточный электрон.

Особенности и условия горения сварочной дуги.

Как уже известно, из предыдущего материала, сварочная дуга представляет собой длительный разряд в газовой среде между находящимися под напряжением электродами. Процесс, при котором происходит образование положительных и отрицательных ионов называется ионизацией, а такой газ – ионизированным. Возникновение дуги длится доли секунды. Дуга , горящая между электродом и изделием называется свободной. Свободная дуга состоит из трёх зон: катодной с катодным пятном, служащим для эмиссии (выхода) электронов; анодной с анодным пятном, бомбардирующимся электродным потоком; и столба дуги, который занимает промежуточное положение между анодной и катодной зонами. Температура в зоне столба дуги достигает 6000 – 7000 0С в зависимости от плотности тока (см. рис.).

Рис. 1. Схема строения свободной дуги:

1 – электрод; 2 – катодная зона; 3 – столб дуги; 4 - анодная зона; 5 – изделие;

lд – длина дуги (расстояние от торца электрода до поверхности св. ванны).

Общие сведения о типах сварных швов и соединений

Сварные соединения и швы

Основные типы сварных соединений

Сварным соединением называется неразъёмное соединение, выполненное сваркой. В металлических конструкциях встречаются следующие виды соединений: стыковые, угловые, нахлёсточные, тавровые и торцовые.(рис. 1).

 

Рис. 1 Сварные соединения

а) стыковое; б) нахлёсточное; в) торцовое;г) угловое; д) тавровое

 

Классификация и обозначение сварных швов

Сварной шов – это участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла.

Сварные швы могут быть стыковыми и угловыми (рис.2, рис. 3).

 

Стыковой это шов стыкового соединения. Угловой это шов углового, нахлёсточного и таврового соединений. Гост 2601-84.

Стыковое соединение, это сварное соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцами.

Нахлёсточное – детали частично перекрывают друг друга.

Тавровое – сварное соединение двух элементов под углом друг к другу.

Торцовое – боковые поверхности соприкасаются и свариваются их торцы.

Рис.2 Основные положения сварки

Рис.3 Обозначение положений сварки

1 – нижнее; 2 – вертикальное или горизонтальное; 3 – потолочное

 

Сварные швы также подразделяются по положению в пространстве. ГОСТ 11969-84.

Н – нижнее; Пг – полугоризонтальное; Г – горизонтальное;

Л – в лодочку; Пв – полувертикальное; В – вертикальное;

Пп – полупотолочное; П – потолочное.

По протяжённости различают сплошные и прерывистые. Прерывистые могут быть цепными или шахматными рис. 4 а.

 

Рис. 4. Классификация сварных швов

а) по протяжённости; б) по отношению действующих усилий

По отношению к направлению действующих усилий швы подразделяются на продольные, поперечные, комбинированные и косые. Рис. 4 б.

По форме наружной поверхности стыковые швы могут быть выполнены нормальными (плоскими), выпуклыми или вогнутыми.

Выпуклые лучше работают при статических нагрузках, но выпуклость лишний расход металла.

Плоские или вогнутые лучше работают при динамических нагрузках. Нет резкого перехода от основного металла к металлу шва. Рис. 5.

Рис. 5. Классификация сварных швов по форме наружной поверхности

Основные типы, конструктивные элементы, размеры и условия обозначения и т. п. регламентированы различными стандартами. К примеру для РДС углеродистых и низколегированных сталей ГОСТ5264-80, представлен на таблице 1. таблица 1

Независимо от способа сварки видимый шов обозначают сплошной линией, а невидимый пунктирной рис. 6.

Рис. 6 Условное обозначение сварного шва

 

В стандартах принято буквенно-цифровое обозначение: С – стыковое, У – угловое, Т – тавровое, Н – нахлёсточное. Цифры являются порядковым номером типа шва в данном стандарте. Таблица 2.

Таблица 2

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ПРОЦЕССА

ДУГОВОЙ СВАРКИ

Производительность процесса ЭДС плавлением в единицу времени можно определить следующим образом:

А) при сварке плавящимся электродом по двум признакам: по массе расплавленного металла Gэ или массе наплавленного металла Gн , определяемого как избыток массы изделия после сварки;

Б) при сварке неплавящимся электродом с введением дополнительного металла – по массе дополнительного наплавленного металла Gд;

В) при сварке неплавящимся электродом без ввода дополнительного металла – по массе расплавленного основного металла Gр.

Масса расплавленного электродного металла за время горения дуги может быть определена по формуле:

Gэ = αэ Iсв tо (5)

Где Gэ – масса расплавленного электродного металла, г;

αэ - коэффициент плавления электродного металла, показывающий массу электродного металла в граммах, расплавленного сварочным током 1А в единицу времени (обычно 1ч), измеряется в граммах на 1 А٠ч, г/(А٠ч);

Iсв – сварочный ток;

tо – время горения дуги (основное время сварки),ч.

Так как во время сварки часть электродного металла теряется, то масса наплавленного металла может быть определена по формуле:

Gн = αн Iсв tо (6)

Откуда αн = Gн / Iсв tо (7)

где Gн - масса наплавленного металла, г;

αн - коэффициент наплавки, показывающий, сколько металла с плавящегося электрода под действием сварочного тока в 1А перейдёт на основной металл в единицу времени.

Но часть электродного металла теряется на испарение, разбрызгивание, огарки и т.п. Поэтому, чтобы правильно определить количество необходимых электродов или электродной проволоки, следует учитывать потери электродного металла.

Потери электродного металла оцениваются коэффициентом потерь - ψ

ψ = [(Gэ - Gн) / Gэ] ٠100 = (8)

=[(αэ Iсв tо – αн Iсв tо) / αэ Iсв tо] ٠100 =

= (1- αн / αэ) 100 %

Откуда αн – коэф. напл. можно выразить через ψ и αэ,

αн = αэ (1 – ψ) (9)

Из этого уравнения следует, что зная коэффициенты плавления и потерь, можно определить коэффициент наплавки.

Коэффициент плавления, как правило, больше коэффициента наплавки.

 

ПОНЯТИЕ О ПОГОННОЙ ЭНЕРГИИ

Погонная энергия сварки (Дж/см) характеризует количество теплоты в джоулях, введённое в однопроходный шов или валик длиной в 1см и может быть определена как отношение эффективной тепловой мощности дуги Qэф к скорости её перемещения v

qп = Qэф / v = IUдη / v (10)

установлено, что поперечное сечение однопроходного шва, выполненного дуговой сваркой будет находиться в прямой зависимости от погонной энергии.

Рассмотрим как связаны масса наплавленного металла Gн , время горения дуги tо , скорость перемещения v и сечение валика F, в см2:

Gн = αн Iсв tо ; (11)

Gн = Fγl, (12)

Где γ – плотность г/см3;

l – длина шва в см.

скорость перемещения дуги может быть выражена следующим уравнением:

v = l / tо

тогда Gн v = αн Iсв l и Iсв / v = Fγ / αн (13)

подставим это уравнение в уравнение погонной энергии (10), получим

Qэф / v = (Uдηγ / αн)٠ F (14)

Рассмотрим полученное выражение погонной энергии для случая ручной сварки электродом УОНИ-13/45: напряжение на дуге ……. Uд = 25 В

эффективный к.п. д. дуги …….. η = 0,8

коэффициент наплавки ……..αн = 9,0 г / (А٠ч)

и для случая автоматической сварки под слоем флюса ОСЦ-45, когда:

напряжение на дуге ………… Uд = 36 В

эффективный к.п. д. дуги …….. η = 0,85

коэффициент наплавки ……..αн = 13 г / (А٠ч)

подставим в выражение погонной энергии значения составляющих величин для электродов УОНИ-13/45, получим

Qэф / v = (25·0,8·7,8·3600 / 9,0) · F = 62 400·F

Где 3600 введено для перевода 1ч в секунды,

а при сварке под флюсом ОСЦ-45

Qэф / v = (36·0,85·7,8·3600 / 13) · F = 66 000·F

Учитывая, что значение таких величин, как αн иηпридуговой сварке может колебаться в больших пределах, чем разница между коэффициентами 62 400 и 66 000, для обоих способов сварки можно принять

Qэф / v = 65 000·F (15)

В тех случаях, когда расчёт погонной энергии производится по площади сечения шва, выраженной в мм2 , уравнение (15) примет вид

 

Q = Qэф / v = 650·F (16)

Найденная зависимость между сечением и погонной энергией позволяет без длительных расчётов определить , зная значение погонной энергии, сечение валика и наоборот, зная сечение валика, погонную энергию.

Пример: Определить погонную энергию q, если сечение валика F = 60 мм 2.

Известно, что qп = Qэф / v = 650·F, тогда Qэф / v = 650·F = 650·60 =

= 39000 Дж/см.

Пример 2. Известно, что погонная энергия составляет qп = 26 000 Дж/см. Найти сечение валика F.

Известно, что qп = Qэф / v = 650·F, тогда F = 26 000/650 = 40,0 мм2.

Вопросы для самопроверки ( контрольные вопросы)

1. Что такое сварочная ванна ?

2. Из чего состоит металл сварного шва при сварке плавящимися и

неплавящимися электродами ?

3. Какие функции выполняют плавящиеся и неплавящиеся электроды ?

4. Для чего необходима защита сварочной ванны, дуги и конца нагретого электрода ?

5. На какие виды подразделяется сварка по способу защиты ?

6. В чём сущность сварки покрытыми электродами?

7. За счёт чего осуществляется защита зоны горения дуги при сварке под

слоем флюса ?

8. В чём сущность сварки в защитных газах ?

9. В чём сущность процесса электрошлаковой сварки ?

10. Каковы особенности электроннолучевой сварки ?

11. Каковы особенности лазерной сварки ?

12. Как называется четвёртое агрегатное состояние вещества в

электрической сварочной дуге ?

13. Что понимается под тепловой мощностью электрической дуги Q ?

(Q = kIсвUсв);

14. Что понимается под эффективной тепловой

мощностью электрической дуги Qэф? (Qэф = Q η);

15. Что представляет собой эффективный к.п.д. нагрева изделия – η ?

(η = Qэф / Q);

16. Что характеризует собой погонная энергия (Дж/см) и как она определяется ? qп = Qэф / v = IUдη / v;

 

Классификация напряжений и деформаций

Сварка, как и другие процессы обработки металлов (штамповка, литьё, прокатка, термообработка) вызывают в изделиях собственные напряжения. Собственными называются напряжения, которые возникают без приложения внешних сил. В зависимости от причины возникновения различают следующие напряжения:

- тепловые, возникающие из-за неравномерного распределения температуры при сварке;

- структурные, появляющиеся вследствие структурных превращений сходных с закалкой. В зависимости от времени существования собственных напряжений и деформаций их подразделяют на временные и остаточные. Временные существуют в какой то момент времени. Если возникшее напряжение не превышает предела упругости, то временные напряжения и деформации исчезают (снимаются) после охлаждения изделия. Остаточные – остаются в изделии после исчезновения причины их вызвавшей. Эти напряжения и деформации также возникают вследствие неравномерного нагрева, но они слишком велики и могут привести к появлению трещин или разрушению сварного соединения. Разрушения может и не произойти, но конструкция выходит из заданных размеров. Основные виды деформаций в сварных соединениях представлены на рисунке 1.

 

Рис.1. Основные виды деформаций сварных соединений:

а - направление действия продольных и поперечных напряжений;

б – деформация стыкового соединения;

в – деформация сварной двутавровой балки (цифрами указан порядок наложения сварных швов, стрелками - направление действующих напряжений;

г – вид деформированного сварного тавра, t - стрела прогиба.

 

Весь комплекс мероприятий по борьбе с деформациями и напряжениями от сварки можно рассматривать по двум группам:

1) - мероприятия, предотвращающие возможность возникновения напряжений и деформаций или уменьшающие их влияние;

2) - мероприятия, обеспечивающие последующее исправление деформаций и снятие остаточных напряжений. К первой группе можно отнести такие меры, как выбор правильной последовательности сварки изделий, жёсткое закрепление изделий, применение обратного выгиба, применение гнутых профилей и т.д.

Ко второй группе относятся: местная проковка металла шва и зоны термического влияния (ЗТВ), местный нагрев, термообработка и т.д.

Контрольные вопросы:

1. как классифицируются основные виды напряжений и деформаций?

2. какие меры применяются по борьбе с напряжениями и деформациями?

 

Рис.5. Особенности кристаллизации металла при различной форме провара

 

Форма проплавления определяет направленость роста кристаллитов. При большом коэффициенте формы проплавления вследствие направленности теплоотвода в изделие угол наклона осей кристаллитов меньше 90° относительно вертикальной оси шва. При электроннодуговой сварке он близок 90°.

Для металлов и сплавов, претерпевающих при охлаждении аллотронические превращения первичная структура сохраняется до температуры этого превращения. Для сплавов на основе железа аллотронические превращения проявляются в переходе железа в α - железо. Такой переход , происходящий в твердом состоянии называют вторичной кристаллизацией, а структура возникающая при этом называется вторичной. Характер вторичной микроструктуры зависит от химического состава металла шва, термического цикла сварки и других причин.[3]

Плавящиеся материалы

Присадочный металл и другие вещества, используемые при сварке плавлением с целью получения неразъемного соединения, удовлетворяющего определенным требованиям, называются сварочными материалами. К сварочным материалам относят сварочную проволоку, присадочные прутки, порошковую проволоку, плавящиеся покрытые электроды, неплавящиеся электроды, флюсы, защитные газы и металлические порошки.

Если дополнительный металл в процессе сварки включен в сварочную цепь, он называется электродным, а если не включен - присадочным.

Семестр

Технология и оборудование сварки плавлением

 

Разделы дисциплины - 1 Семестр

1. Введение. Понятие о сварочной дуге.
2. Общие сведения о типах сварных швов и соединении. 3.Теоретические основы сварки
4. Сварочные материалы.
5. Общие сведения об источниках питания . Оборудование для сварки плавлением.
6. Технология ручной сварки покрытыми электродами.
7. Дуговая сварка под флюсом.
8. Технология газовой сварки.
Курсовое проектирование
Подготовка к экзамену, экзамен

Введение







ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2022 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.